Tóm tắt luận văn nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mờ lai nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống truyền động

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn
Một hệ truyền động có thể có nhiều dạng cấu trúc cơ học khác nhau,
chẳng hạn như cơ cấu xích, khớp ly hợp, cơ cấu trục dẫn, cơ cấu bánh răng…
Các hệ thống truyền động có khe hở, các thiết bị truyền động có khe hở
được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như các hệ truyền động bánh răng, hệ
truyền động đai vv…. Do có khe hở nên dễ phát sinh dao động làm ảnh hưởng
xấu đến chất lượng của hệ thống. Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng cho các
hệ truyền động là yêu cầu quan trọng để thiết lập các hệ điều khiển chính xác
nhằm nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm cho các hệ truyền
động.
Hiện nay các bộ điều khiển cho các hệ thống truyền động có khe hở có
chất lượng thấp như không thích nghi, không bền vững, tín hiệu điều khiển
không bị chặn. Vì vậy nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mờ lai nhằm nâng cao
chất lượng cho hệ thống truyền động có khe hở là cấp thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng mô tả toán học của hệ thống truyền động có khe hở.
- Thiết kế bộ điều khiển mờ lai cho hệ truyền động có khe hở
- Mô phỏng và thực nghiệm về điều khiển hệ thống truyền động có khe hở
trên thiết bị thực của phòng thí nghiệm
3. Nội dung luận văn
Chương 1: Xây dựng mô hình toán cho hệ truyền động có khe hở.
Chương 2: Nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở bằng bộ
điều khiển mờ lai so với bộ điều khiển PID.
Chương 3: Kết quả thực nghiệm về hệ truyền động có khe hở.
1
Chương 1
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
1.1. Hệ truyền động có khe hở ( hệ truyền động bánh răng)
1.1.1. Giới thiệu chung
Hệ truyền động có khe hở trong luận văn nghiên cứu thực chất là hệ

truyền động bánh răng
Hệ bánh răng bao gồm nhiều bánh răng lần lượt ăn khớp nhau tạo thành
một chuỗi. Hệ bánh răng được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế như: hệ bánh
răng thường, hệ bánh răng vi sai, hệ bánh răng hành tinh và hệ vi sai kín.
Ngày nay kỹ thuật điều khiển tốc độ động cơ điện đã đạt được những tiến
bộ đáng kể song không thể thay thế được cơ cấu bánh răng vì ngoài chức năng
điều chỉnh tốc độ cơ cấu bánh răng còn đảm nhận một vài chức năng khác như:
Truyền chuyển động quay giữa các trục song song với nhau, chuyển đổi từ
chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến, tăng mô men quay để kéo máy
sản xuất, v.v… Tùy thuộc vào vị trí tương quan giữa các trục mà người ta phân
biệt: Truyền động bằng bánh răng trụ, truyền động bằng bánh vít và truyền động
bằng thanh răng.
1.1.2. Một số yêu cầu về cơ khí đối với hệ truyền động bánh răng
Yêu cầu về độ chính xác động học.
Yêu cầu về độ chính xác ổn định.
Yêu cầu về độ chính xác tiếp xúc.
Yêu cầu về độ chính xác khe hở mặt bên.
1.1.3. Biện pháp cơ học làm giảm sai số khi gia công bánh răng
Yêu cầu giảm sai số hướng tâm: Có hai loại là sai số hướng tâm tần số
thấp và sai số hướng tâm tần số cao.
2
Sai số hướng tâm tần số thấp
Sai số hướng tâm tần số cao
Yêu cầu giảm sai số hướng tiếp tuyến: Cũng có hai loại là sai số hướng
tiếp tuyến tần số thấp và sai số hướng tâm tần số cao.
Sai số tiếp tuyến tần số thấp
Sai số tiếp tuyến tần số cao
Yêu cầu giảm sai số hướng trục: Sai số hướng trục phát sinh do phương
chuyển động dọc trục phôi của dao không song song với đường tâm phôi gia
công.

Yêu cầu giảm sai số prôfin lưỡi cắt dụng cụ: Đây là loại sai số bao gồm
sai số hình dạng và góc prôfin của lưỡi cắt. Sai số xuất hiện theo chu kỳ quay
của dao và ảnh hưởng đến mức làm việc êm, mức tiếp xúc mặt răng.
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng: Tùy thuộc vào điều kiện làm việc mà
chọn vật liệu để chế tạo bánh răng cho phù hợp.
Giảm ảnh hưởng của ma sát.
1.2. Xây dựng mô hình toán tổng quát [5]
Việc xây dựng mô hình toán này là cần thiết, giúp cho ta có thể sử dụng
thêm những biện pháp điều khiển để nâng cao chất lượng hệ truyền động, giảm
sự ảnh hưởng của sai số cơ khí không thể khắc phục được bằng phương pháp cơ
học.
3
M
d
ϕ
1
ϕ
2
M
c
Tải
M
3
M
2
ϕ
3
ϕ
4
Hình 1.1: Hệ nhiều cặp bánh răng là hệ truyền ngược của nhiều hệ một

cặp bánh răng
Khi nghiên cứu sự làm việc của bộ truyền bánh răng gồm hai bánh răng
một và hai có tính đến khe hở và biến dạng đàn hồi của răng thường xẩy ra hai
trạng thái, đó là:
1. Hai bánh răng chưa ăn khớp với nhau do có khe hở cạnh răng, khi đó ta
có thể xem hai bánh răng đó chuyển động độc lập với nhau.
2. Khi vượt qua đoạn khe hở, hai bánh răng sẽ tiếp xúc với nhau.
Tương ứng với hai trạng thái hoạt động đó sẽ có hai mô hình mô tả động
lực học của hệ bánh răng là mô hình ở chế độ khe hở và mô hình ở chế độ ăn
khớp.
1.2.1. Cấu trúc vật lý và các định luật cân bằng
Hình 1.2a) mô tả hình thức ghép nối của cặp bánh răng, được đánh số
bánh răng 1, bánh răng 2 và hình 1.2b) biểu diễn lại cấu trúc vật lý của nó:
- DC là động cơ phát động mô men M
đ
cho bánh răng 1
- J
đ
, J
1
, J
2
lần lượt là mô men quán tính của động cơ, bánh răng 1 và bánh
răng 2
- M
c
là mô men cản, bao gồm cả mô men tải
4
1
2

M
d
M
c
M
ms2
J
2
2
M
d
x
1
J
1
M
ms1
DC
J
d
.
.
.
y
a)
b)
Hình 1.2: Cấu trúc vật lý của hệ truyền động qua một cặp bánh răng
1
2
01

02
1
2
2
1
2
1
12
z
z
r
r
r
r
i
L
L
=====
ω
ω
ϕ
ϕ
- M
ms1
và M
ms2
là mô men ma sát trong các ổ trục bánh răng
Với giả thiết vật liệu làm các trục bánh răng là có độ cứng tuyệt đối, còn
vật liệu làm các bánh răng có bị biến dạng trong quá trình làm việc. với giả thiết
các răng của hai bánh răng ăn khớp với nhau tại điểm ăn khớp P, nếu răng của

bánh răng có độ cứng tuyệt đối thì tỷ số truyền của chúng được viết:
(1.1)
Tức là
ϕ
2
= i
21
ϕ
1
(1.2)
Trong đó (hình 1.3):
- i
21
là tỷ số truyền từ bánh răng 1 sang bánh răng 2
-
1 1 2 2
,
ω ϕ ω ϕ
= =
& &
là vận tốc góc tương ứng của hai bánh răng
-

r
L1
, r
L2
là bán kính lăn tương ứng của hai bánh răng (bán kính ngoài)
- r
01

, r
02
là bán kính cơ sở của hai bánh răng (bán kính trong)
- z
1
, z
2
Là số răng tương ứng của hai bánh răng
Độ cứng vững của bánh răng có thể được xác định bằng thực nghiệm để
đo hệ số k
1
, k
2
hoặc bằng tính toán cụ thể như sau:
)(
1
2
1
1
2
1
−−
+
=
kk
r
c
L
(1.3)
5

J
2
r
02
O
2
P
O
1
r
01
r
02
α
L
n
r
L2
1
J
1
c
2
Hình 1.3. Minh họa các định luật cân bằng giữa hai cặp bánh răng
1 1 1 1
2 2 2 2
( )
( )
d ms
ms c

J M M M
J M M M
ϕ
ϕ
= − +


= − +

&&
&&
1.2.2. Mô hình toán ở chế độ ăn khớp, có tính đến hiệu ứng mài mòn vật liệu,
độ đàn hồi và mô men ma sát [5]
Trên cơ sở hệ thống truyền động ở hình 1.2, ta đã có được mô hình động
lực học có tính tới yếu tố đàn hổi của cặp bánh răng và ma sát trong các ổ trục
như mô tả trên hình 1.4.
Trên cơ sở lý thuyết đàn hồi và biến dạng và dựa vào định luật Newton, ta
có phương trình chuyển động của hai bánh răng 1 và 2 như sau.
6
M
ms2
M
c
J
2
n
n
c
J
d

M
d
M
ms1
1
x
J
1
M
dh
M
dh
c
y
2
n
n
0
Hình 1.4. Sơ đồ động lực học
O
2
O
1
M
1
t
t
d
ϕ
1

r
L1
r
01
n
α
L
N
1
Q
1
∆
n
N
1
P’
P
r
02
r
L2
d
ϕ
2
M
2
∆
P’
P
M

1
M
2
O
1
O
2
r
01
r
02
d
ϕ
1
d
ϕ
2
Hình 1.5. Thiết lập phương trình động lực học khi hai bánh răng ăn khớp
1 1 01 01 1 02 2 1
2 2 02 01 2 02 1 2
( )
( )
d ms
c ms
J cr r r M M
J cr r r M M
ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ
+ + = −



− + = − −

&&
&&
Tức là:

(1.5)
Sau khi biến đổi bằng cách đặt r
2
01
, r
2
02
ra ngoài dấu ngoặc và thay thế
121212
2
20211
2
101
/,cos,cos rrirrrr
LL
===
αα
và
2121
/ rri
=
Trong các phương trình trên, ta sẽ có mô hình toán tổng quát của hệ:

2 2
1 1 1 1 12 2 1
2 2
2 2 2 2 21 1 2
cos ( )
cos ( )
L L d ms
L L c ms
J cr i M M
J cr i M M
ϕ α ϕ ϕ
ϕ α ϕ ϕ

+ + = −


− + = − −


&&
&&
(1.6)
Trong đó:
- r
L1
, r
L2
bán kính vòng tròn lăn của bánh răng 1 và 2
-
α

L
góc ăn khớp của hai bánh răng và cũng là đại lượng đánh giá khe
hở giữa các bánh răng. Trong trường hợp hai bánh răng tiêu chuẩn và không có
độ dịch chuyển tâm, thì góc ăn khớp
α
L
=
α
= 20
0
. Với hệ có khe hở thì 18
o
≤ α
L
≤ 25
o

- c là đại lượng đánh giá độ cứng vững của bánh răng. Giá trị c càng nhỏ,
độ mềm dẻo của bánh răng càng lớn.
- M
d
tùy thuộc vào loại động cơ được chọn, ví dụ như khi chọn động cơ
điện một chiều kích thích song song, thì
0 0 1 0 0 1d
M M b M b
ϕ ω
= − = −
&
- M
c

tùy thuộc vào dạng tải trọng.
),,(
12
tMM
cc
ϕϕ
&&
=
- M
ms1
, M
ms2
là thành phần mô men ma sát trong các ổ đỡ trục
Phương trình trên là dạng mô hình toán tổng quát của hệ truyền động một
cặp bánh răng ở chế độ hoạt động khi hai bánh răng là ăn khớp với nhau. Trong
mô hình ta đã có tính tới cả sự ảnh hưởng của mô men ma sát M
ms1
, M
ms2
cũng
như độ không cứng vững của vật liệu biểu diễn dưới dạng tham số c và nhiễu tải
7
M
c
. Nếu như có thêm các giả thiết bổ sung về loại động cơ được sử dụng, góc ăn
khớp giữa các bánh răng, lực ma sát trong các ổ trục hay phương trình mô tả mô
men tải, ta có thể đơn giản hóa hơn nữa mô hình toán này.
1.2.3. Mô hình toán ở chế độ khe hở ( dead zone)
Khi hai bánh răng chưa tiếp xúc với nhau do có khe hở ta có thể xem hai
bánh răng là tách rời nhau. Hình 1.6 biểu diễn chế độ trạng thái này, trong đó

1
J
, m
1
, J
2
, m
2
là mô men quán tính tổng và khối lượng đối trục đi qua trọng tâm của
các bánh răng; G
i
= m
i
g là trọng lượng của bánh răng i = 1, 2, f là hệ số ma sát
trượt khô trong ổ đỡ trục, γ là góc ma sát,
ρ
là bán kính vòng tròn ma sát, M
i
là
mô men ma sát, là mô men tác động lên các trụ, thành phần mô men ma sát có
thể phụ thuộc vào vị trí hoặc vận tốc góc của trục tùy theo chế độ bôi trơn cho ổ
trục.
Quá trình trên biểu diễn khi hai bánh răng không tiếp xúc với nhau do có
khe hở cạnh răng, nó chỉ xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn và thời gian
này được xác định theo công thức sau:
oii
r
t
ω
δ

δ
=
8
α
Li
o
i
r
L2
L
i
r
oi +1
r
Li +1
O
i +1
ω
i +1
J
si +1
G
i +1
L
i +1
P
r
oi
ω
i

G
i
J
si
Hình 1.6: Thiết lập phương trình
động lực học khi hai bánh răng
đang ở vùng chết của khe hở
Trong đó
δ
là khe hở cạnh răng
Trường hợp khe hở của các ổ đỡ trục có rất bé, dao động của trục có thể
xem không đáng kể, có thể bỏ qua, khi hai bánh răng chưa tiếp xúc với nhau, ta
có:
1 1 1
2 2 2
d ms
c ms
J M M
J M M
ϕ
ϕ

= −


=− +


&&
&&

(1.7)
Với giả thiết mô men ma sát trong các ổ đỡ trục không cùng giá trị.
1.2.4. Mô hình tổng quát
2 2
1 1 1 1 12 2 1
2 2
2 2 2 2 21 1 2
cos ( )
cos ( )
L L d ms
L L c ms
J cr i M M
J cr i M M
ϕ α ϕ ϕ
ϕ α ϕ ϕ

+ + = −


− + =− −


)
&&
)
&&
(1.8)
Trong đó:
=
c





0
c
(1.9)
Và mô hình tổng quát này sẽ được luận án sử dụng để mô tả hệ truyền
động qua bánh răng trong cả hai chế độ làm việc.
1.3. Mô tả hệ ở chế độ xác lập
1.3.1. Mô hình toán ở chế độ xác lập
Sau đây ta sẽ xét riêng cho trường hợp hệ có bôi trơn bằng dầu và hệ đang
ở chế độ xác lập (chạy đều), tức là khi mô men ma sát chỉ tỉ lệ với vận tốc góc
của trục chứ không còn phụ thuộc vào gia tốc:
111
ϕ
&
bM
ms
=
v à
2 1 2ms
M b
ϕ
=
&
(1.10)
Đương nhiên khi đã giả thiết hệ ở chế độ chạy đều, ta cũng đã giả thiết hệ
đang ở chế độ làm việc có các bánh răng ăn khớp, tức là mô hình tổng quát có.
Lúc đó, cùng với giả thiết này, mô hình (1.8) trở thành:

9
ở chế độ ăn khớp
ở chế độ khe hở
1
2
2
1
2
1
2
1
12
r
r
i
±====
ω
ω
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
&
&
2 2
1 1 1 1 12 2 1 1
2 2
2 2 2 2 21 1 2 2
cos ( )
cos ( )

L L d
L L c
J cr i M b
J cr i M b
ϕ α ϕ ϕ ϕ
ϕ α ϕ ϕ ϕ

+ + = −


− + = − −


&& &
&& &
(1.11)
Ngoài ra, vì có thêm
Nên ký hiệu tiếp
1
22
12
22
2
cos,cos
zLLzLL
ccrccr
==
αα
Rồi thay vào phương trình ta có:
1 1 1 1 1 1 12 2

2 2 2 2 2 2 21 1
( )
( )
z d
z c
J b c i M
J b c i M
ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ
+ + + =


+ − + =−

&& &
&& &
(1.12)
Mô hình (1.12) trên là dạng tương đương của (1.6) nếu có được thêm giả
thiết (1.10) về mô men ma sát.
1.4. Kết luận chương 1
Chương 1 đã giải quyết được một số vấn đề sau:
- Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động có khe hở (hệ truyền động
bánh răng).
- Xây dựng được mô hình toán học cho hệ truyền động bánh răng.
Trên cơ sở xây dựng mô hình toán cho hệ truyền động bánh răng, trong
chương 2 sẽ thiết kế bộ điều khiển mờ lai nhằm nâng cao chất lượng hệ truyền
động bánh răng so với bộ điều khiển PID.
10
Chương 2
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ

KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI SO VỚI
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
2.1. Tổng quan về điều khiển PID
Bộ điều khiển được gọi là PID do được viết tắt từ 3 thành phần cơ bản
trong bộ điều khiển : khuếch đại tỷ lệ (P), tích phân (I) và vi phân (D).
với u(t) = u
P
+ u
I
+ u
D
⇔
Khi sử dụng bộ điều khiển PID nó đảm bảo tính bổ sung hoàn hảo của 3
trạng thái, 3 tính cách khác nhau:
Phục tùng và làm việc chính xác (P)
Làm việc có tích luỹ kinh nghiệm (I)
Có khả năng phản ứng nhanh nhạy và sáng tạo (D)
Bộ điều khiển PID được ứng dụng rất rộng rãi đối với các đối tượng SISO
theo nguyên lý phản hồi (feedback) như hình vẽ:
Bộ điều khiển PID được mô tả:
11
P
I
D
u(t)
u
P
u
I
u

D
e(t)
PID
y(t)
x(t)
e(t)
u(t)
(-)
Plant
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID
u(t)
e(t)
Hình 2.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển tuyến tính (PID)
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( )








++==⇒







++=
∫
sT
sT
1
1K
sK
sU
sW
dt
tde
Tdtte
T
1
teKtu
D
I
PDKD
I
P
Việc xác định các thông số K
P
, T
I
, T
D
quyết định chất lượng hệ thống

2.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t)
2.1.1.1. Phương pháp Ziegler – Nichols
2.1.1.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick
2.1.1.3. Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn.
2.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số
2.1.2.1. Nguyên tắc thiết kế
Một hệ thống điều khiển được mô tả:
Bài toán đặt ra điều khiển sao cho tín hiệu ra phải bám được tín hiệu vào
u(t). Nếu một cách lý tưởng thì hàm truyền hệ kín:
( )
( ) ( )
( ) ( )
1
sW.sW1
sW.sW
sW
dtdk
dtdk
k
=
+
=
hay
( )
1jW
k
=ω
(2.6)
2.1.2.2. Phương pháp tối ưu modul
2.1.2.3. Phương pháp tối ưu đối xứng

2.1.3. Phương pháp thực nghiệm
2.1.4. Khảo sát chất lượng bằng bộ điều khiển PID
Sơ đồ mô phỏng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID
12
W
đk
(s)
y(t)
u(t)
(-)
W
đt
(s)
Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống điều khiển
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Dap ung toc do cua truc bi dong
t(s)
n (v/ph)
ndat

nthuc
Bộ điều khiển được thiết kế theo phương pháp thực nghiệm [7]: K
p
= 70;
K
I
= 120.
Hình 2.5: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bánh răng bằng bộ điều khiển PID
Kết quả mô phỏng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID
Nhận xét: Từ đồ thị cho thấy hệ thống làm việc với bộ điều khiển PID
còn dao động nhiều.
13
Hình 2.6: Đáp ứng tốc độ của hệ truyền động bánh răng với tốc độ thay đổi
2.2. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ
2.2.1. Hệ Logic mờ
2.2.1.1 Khái niệm về tập mờ
2.2.1.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
Cấu trúc chung của một bộ điều khiển mờ gồm 4 khối: Khối mờ hoá, khối
hợp thành, khối luật mờ và khối giải mờ (hình 2.8).



2.2.2. Bộ điều khiển mờ
2.2.2.1. Bộ điều khiển mờ động
2.2.2.2 Điều khiển mờ thích nghi
2.2.2.3. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID
2.2.2.4 Điều khiển mờ lai
Hệ mờ lai (viết tắt là F-PID) là một hệ thống điều khiển tự động trong đó
thiết bị điều khiển bao gồm hai thành phần:
- Thành phần điều khiển kinh điển.

- Thành phần điều khiển mờ.
2.2.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai
2.2.3.1. Đặt vấn đề
14
Khối mờ
hoá
Khối hợp
thành
Khối giải
mờ
Khối luật mờ
Hình 2.8: Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Dap ung toc do truc bi dong
t(s)
n (v/ph)
ndat
nthuc
2.2.3.2. Mờ hoá

2.2.2.3. Mô phỏng các bộ điều khiển đã thiết kế
2.3.1. Khảo sát chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai
Sơ đồ mô phỏng
Hình 2.28: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bánh răng bằng bộ
điều khiển mờ lai
Kết quả mô phỏng
Hình 2.30: Đáp ứng tốc độ của hệ truyền động bánh răng với tốc độ thay đổi
2.3.2. So sánh bộ điều khiển mờ lai với bộ điều khiển PID
15
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Dap ung toc do truc bi dong
t(s)
n(v/ph)
ndat
nPID
nMo
Sơ đồ mô phỏng
Hình 2.31: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bánh răng bằng bộ
điều khiển PID và mờ lai

Kết quả mô phỏng
Hình 2.32: Đáp ứng tốc độ của hệ truyền động băng răng với tốc độ thay đổi
2.3.3. Nhận xét
16
Từ các kết quả mô phỏng trên các hình 2.32 cho thấy bộ điều khiển mờ lai
đã cải thiện được một số chỉ tiêu chất lượng so với bộ điều khiển PID như thời
gian quá độ và mức độ dao động của tốc độ quay trục bánh răng. Điều này cho
thấy với phương pháp điều khiển mờ lai đem lại khả quan cho việc phát triển
ứng dụng phương pháp điều khiển hiện đại cho hệ truyền động bánh răng.
2.4. Kết luận chương 2
Chương 2 đã giải quyết được một số vấn đề sau:
- Tổng quan bộ điều khiển PID.
- Khảo sát chất lượng bộ điều khiển PID.
- Tổng quan được những vấn đề cơ bản về hệ logic mờ và điều khiển mờ.
- Đưa ra được phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ lai cho đối tượng.
- Mô phỏng hệ thống.
- Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển truyền động có khe hở (bánh
răng) bằng bộ điều khiển mờ lai so với bộ điều khiển PID.
Chương 3
17
Hình 3.5: Hệ thống thí nghiệm hệ truyền động bánh răng
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
3.1. Tổng quan về card DS1104 trong hệ thống thực nghiệm
3.2.1. Cấu trúc tổng quan
3.2.2. Các thành phần chủ yếu của DS1104
3.2.3. Phần mềm dSPACE
3.2.4. Cài đặt dSPACE
3.2.5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm
18
Hình 3.1: Card DS1104

Hình 3.6: Hệ thống ghép nối máy tính với động cơ
Hình 3.7: Đối tượng động cơ
19
Hình 3.9: Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển PID khi thay đổi tốc độ động cơ
Hình 3.8: Cấu trúc điều khiển PID trên Matlab/Simulink - Control desk
3.2.6. Kết quả thí nghiệm với bộ điều khiển PID
Cấu trúc điều khiển được xây dựng trên Matlab/simulink kết nối với
phần mềm Control Desk
Kết quả thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm với bộ điều khiển PID đã được thiết kế ở chương 2
và thay đổi tốc độ đặt của động cơ từ 0 lên 700 v/ph sau đó giảm xuống
400v/ph, ta được:
20
Hình 3.10: Cấu trúc điều khiển mờ lai trên Matlab/Simulink - Control desk
Hình 3.11: Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển mờ khi thay đổi tốc độ động cơ
3.2.7. Kết quả thực nghiệm với bộ điều khiển mờ
Cấu trúc điều khiển được xây dựng trên Matlab/simulink kết nối với
phần mềm Control Desk
Kết quả thực nghiệm

21
3.2.8. Nhận xét kết quả thực nghiệm
- Từ kết quả thực nghiệm trên hình 3.9 cho thấy chất lượng làm việc của
hệ thống với bộ điều khiển PID đã được đảm bảo, tuy niên còn dao động nhiều.
- Với kết quả thí nghiệm trên các hình 3.11 và 3.9 cho thấy chất lượng của
bộ điều khiển mờ lai đã được nâng cao so với bộ điều khiển PID về thời gian
quá độ và mức độ dao động của hệ truyền động. Điều này đã kiểm chứng được
tính đúng đắn của thuật toán điều khiển mờ lai.
3.3. Kết luận chương 3
Chương 3 đã giải quyết được một số vấn đề sau:

- Giới thiệu về hệ thống thực nghiệm.
- Tiến hành cài đặt thuật toán điều khiển trên phần mềm Matlab/simulink
- Control Desk.
- Thí nghiệm lấy kết quả.
- Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển hệ truyền động bánh răng bằng
bộ điều khiển mờ lai so với bộ điều khiển PID.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
22
Tiếng Việt
[1]. Đinh Gia Tường , Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến; " Nguyên Lý máy "; NXB
Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 2010.
[2]. Huỳnh Văn Đông; "Tổng hợp điều khiển thích nghi dựa trên phương pháp
backstepping cho hệ truyền động có đàn hồi, khe hở và ma sát khô phi tuyến"; Luận án
tiến sĩ kỹ thuật (2009)
[3]. Lại Khắc Lãi, Lê Thị Thu Hà, Lê Thị Minh Nguyệt; " Khảo sát chất lượng hệ điều
khiển có khe hở" Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Thái Nguyên; số 3 (2009)
[4]. Lại Khắc Lãi (2003), “Một số phương pháp tổng hợp bộ điều khiển trên cơ sở
logic mờ và thích nghi”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội.
[5]. Lê Thị Thu Hà; "Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động có khe hở
trên cơ sở hệ mờ và mạng nơron" Luận án tiến sĩ kỹ thuật (2013)
[6] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab & Simulink”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội,
2006.
[7] Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Xưởng in ĐHTC -
Đại học Bách khoa Hà Nội.
[8] Nguyễn Doãn Phước & Phan Xuân Minh & Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết
điều khiển phi tuyến, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[9] Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước (1999), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật.
Tiếng Anh
[10] Akira Chiba, adashi Fukao,Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, asatsugu

Takemoto and David G.
Dorrell,
“Magnetic
Bearings
and
Bearingless
Drives”,
Newnes, 2005.
[11] J.Schmied “Experience with magnetic bearings support in gas pipeline
compressor”, Proc. Of the 10
th
International Symposium on Magnetic Bearings,
August 2006, Martigny, Switzerland, pp. 292-297.
23
[12] Chen, K Y. et al., A self-tuning fuzzy PID-type controller design for unbalance
compensation in an active magnetic bearing, Expert Systems with Applications (2009),
doi:10.1016/j.eswa.2008.10.055.
[13] B. Lu et al., Linear parameter-varying techniques for control of a magnetic
bearing system, Control Engineering Practice 16 (2008) 1161–1172.
[14] Z. Gosiewski, A. Mystkowski, Robust control of active magnetic suspension:
Analytical and experimental results, Mechanical Systems and Signal Processing 22
(2008) 1297–1303.
24